AN EXCLUSIVE

PLANT REPORT

Planta de produccin de biodisel en Caparroso (Navarra) promovida por EHN

Caparroso Biodiesel Plant In Navarre (Spain) Promoted by EHNMARZO/ABRIL 2005 35

PLANTA CAPARROSO

Ficha TcnicaIngeniera de Proceso: Lurgi Espaola S.A. Ingeniera de Obra Civil, Instalaciones Auxiliares, Electricidad y Control: Iturralde y Sags y EHN Direccin de Obra: Iturralde y Sags Contratista Montaje Mecnico y Tanques de Almacenamiento Principales: Masa Contratista Elctrico y de Control: Ingeteam Contratista Obra Civil y Edificio: Obenasa Contratista Traceado Elctrico: Tracelectric Contratista Planta de Tratamiento de Aguas y Depuracin de Vertidos: Hidroambiente Contratista Tanques Almacenamiento Auxiliares: Talleres Herguln Contratista sala de Calderas: Talleres Beisa Contratista D.C.I.: Pefipresa Contratista de edificios auxiliares: Excavaciones Vidaurre Realizacin Acometidas Exteriores y Acceso a Planta: Navasfalt Montaje mecnico asociado a naves de proceso: Montajes y Construcciones DILO, S.L. Montaje y cableado elctrico: PINE Instalaciones y Montajes, S.A. Celdas y transformadores de media tensin: Ormazabal y Ca, S.A. Caldera de vapor: Vulcano Sadeca Equipos de aire comprimido: Ingersoll Rand Torres de refrigeracin: Balcke Baltogar Depsito almacenamiento agua: Plavisa Lavadero de cisternas: Arcoi, S.L. Bscula de entrada: Sorribes

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a actividad a desarrollar en la instalacin de EHN (Grupo Acciona) en el Polgono Industrial de Caparroso, consiste en la produccin de biodisel y glicerina a partir de aceites crudos y refinados de primera utilizacin: girasol, colza, soja, y palma entre otros. La Planta funcionar, una vez entre en operacin comercial, 8.016 horas/ao y ha sido diseada para producir 35.000 ton/ao de biodisel y 3.100 ton/ao de glicerina calidad farmacutica. La tecnologa y las instalaciones utilizadas en todo el proceso de obtencin del biocombustible a partir de los aceites ha sido suministrada por la empresa alemana Lurgi Life Science. La mayor parte del montaje mecnico de la planta ha corrido a cargo de MASA. La planta, en la que se han invertido 25 millones de euros, est diseada para operar con todo tipo de aceites vegetales lo que constituye un hito diferenciador de la instalacin, que le permitir no depender de un nico suministro. Inicialmente trabajar con aceites de colza, soja, girasol y palma. El proceso tiene lugar en un edificio formado por dos mdulos de estructura metlica, de dimensiones 30x10 y 20x10 con una altura de 20 metros, dnde se realiza el pretratamiento del aceite vegetal y obtencin del biodisel, respectivamente, que cumple todas las especificaciones de calidad exigidas por la normativa.

he facility belonging to EHN (Acciona Group) in the Caparroso Industrial Estate (Navarre, Spain) produces biodiesel and glycerine from unused crude and refined oils such as sunflower, rapeseed, soy bean, palm, among other oils. Once in full operation, the plant will operate 8016 hours/year and has been designed to produce 35,000 tonnes/year of biodiesel and 3100 tonnes/year of pharmaceutical-grade glycerine. The technology and installations utilised throughout the process to obtain biofuel from vegetable oil was supplied turnkey by the company Lurgi AG. The plant, representing an investment of euro 25 million, is designed to operate with all types of vegetable oils. This is a milestone in this type of plant, as it is therefore free from dependence on a single supplier. A vegetable-oil pre-treatment and the biodiesel production process, in compliance with all of the specifications required by the regulations in force, are carried out in a building formed by two modules of metal structures 30x10 m and 20x10 m in size, respectively, and both of a height of 20 m.

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Materia primaA diferencia de las plantas de biodisel existentes en Espaa, la de Caparroso emplea nicamente aceites vegetales de primera utilizacin, 36.000 toneladas/ao, y el biodisel producido cumplir los 26 parmetros de calidad exigidos para este tipo de producto por la norma europea EN 14214, traspuesta a la legislacin espaola por el RD1700/2003. EHN ha venido produciendo biodisel desde 2003 en un laboratorio experimental, inicialmente ubicado en el recinto de la planta de biomasa de Sangesa y ya trasladado a Caparroso, lo que le ha permitido constatar el cumplimiento de los requisitos de calidad exigidos. Los clientes potenciales del biodisel producido en la planta de Caparroso sern, por un lado, las compaas petrolferas, que al incorporar biodisel al gasleo mejoran la lubricidad de ste y reducen sus contenidos en azufre. Tambin las flotas cautivas de transporte comarcal o lneas de transporte discrecional de viajeros y mercancas, y los distribuidores de derivados petrolferos. Las materias primas y otros productos consumidos en el proceso, y sus cantidades sealadas son, aproximadamente, los siguientes (en ton/da de consumo): Aceite vegetal: 110 Metanol: 10 Metxido Sdico: 2,5 Sosa 50%: 2 cido clorhdrico 30%: 1 cido fosfrico 80%: 0,5 cido ctrico 50%: 0,2 Aditivos: 0,2 Agua: 200 Los productos generados en el proceso de transformacin son (ton/da): Biodisel: 105 Glicerina farmacutica: 9,4 Glicerina 90%: 0,5 Biodiesel producido El biodisel producido en la planta presenta, en cuanto a su uso posterior, las siguientes caractersticas: Puede ser utilizado en motores diesel (automviles, camiones,

Raw MaterialsUnlike other biodiesel plants in operation in Spain, the Caparroso facility only employs unused vegetable oils. It does so at the rate of 36,000 tonnes/year and the biodiesel produced complies with the twenty-six quality parameters required by European standard EN 14214, as applied to Spanish law in Decree RD1700/2003, for this type of product. EHN has been producing biodiesel since 2003 in an experimental laboratory, initially located on the premises of its Sangesa biomass plant and later moved to Caparroso. The new location ensures the possibility of monitoring compliance with the quality required firsthand. The potential customers for the biodiesel produced in the Caparroso plant are the oil companies which add biodiesel to gas-oil to make it smoother and to lower its sulphur content. Other potential customers include operators of bus and truck fleets and gasoil distributors. The following raw materials and products are consumed in the process, in the amounts indicated (tonnes/day): Vegetable oil: 110 Methanol: 10 Sodium methoxide: 2.5 Alkali 50%: 2 Hydrogen chloride 30%: 1 Phosphoric acid 80%: 0.5 Citric acid 50%: 0.2 Additives: 0.2 Water: 200

Los biocombustibles, al ser producidos a partir de cultivos autctonos, constituyen una va para aminorar la elevada dependencia energtica del petrleo que registra el sector en Espaa (98,7%), y favorecer el desarrollo rural con cultivos destinados a la produccin energtica. Slo la produccin de la planta de EHN en Caparroso supone el cultivo de ms de 33.000 hectreas de oleaginosas como la colza o el girasol.

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autobuses) y mezclarse en cualquier proporcin con el gasleo No precisa para su empleo ninguna modificacin en los motores actuales El biodisel aumenta la vida de los motores, por su mayor poder lubricante No supone merma de potencia en los motores diesel convencionales.

The products generated in the process are (tonnes/day): Biodiesel: 105 Pharmaceutical glycerine: 9.4 Glycerine 90%: 0.5

BiodieselThe biodiesel produced in the plant has the following advantages: It can be employed in diesel engines (cars, trucks, buses) and mixed in any proportion with gas-oil It does not require any type of modification to be burned in existing engines Biodiesel lengthens engine life, due to its greater lubricating power It does not diminish the power output of conventional diesel engines.

DESCRIPCIN DEL PROCESOLos aceites vegetales que llegan a la planta pueden ser crudos o refinados. Los primeros pasarn por las dos unidades de proceso (pretratamiento y transesterificacin), mientras que los aceites refinados son dirigidos directamente a la unidad de transesterificacin.Parmetros Fosftidos (ppm P) Ac. grasos libres Ceras Transesterificacin con catalizador bsico < 30 < 0.1 % < 300 ppm

minan los cidos grasos, fosftidos y ceras contenidos en el aceite, hasta obtener aceite refinado. Segn las caractersticas del aceite, se le somete a un pretratamiento o proceso de refinado, consistente bsicamente en las siguientes operaciones: Neutralizado (eliminacin de los cidos grasos) Blanqueo (eliminacin de fosfatidos y pigmentos de color) Descerado (eliminacin de las ceras). La primera etapa que pasa el aceite crudo es el desgomado que tiene como objetivo eliminar las gomas

Process DescriptionThe vegetable oils to be employed can either be crude or refined. The former go through two processing units (pre-treatment transesterification), while the refined oils are sent directly to the transesterificaiton unit. Depending on the properties of the oils, they are submitted to a pre-treatment or refining process, including the following stages: Neutralising (elimination of fatty acids) Whitening (elimination of phosphates and colour pigments) De-waxing (elimination of waxes) In the transesterification unit, a chemical reaction takes place in which the refined oil, in the presence of a catalyst, reacts with methanol and is converted into methylester. Glycerine is a by-product of this operation. The methylester is scrubbed to eliminate any remains of methanol, glycerine, catalyst, etc., and is subsequently vacuum-dried, the resulting product being biodiesel. The glycerine water is introduced into a desalination column, in which the methanol is recovered by means of evaporation and is then re-circulated into the process. The water is submitted to two additional treatments: Pre-cleaning of the glycerine water by means of two evaporation stages to eliminate water, the final result of which is a product of a 90% glycerine content. Glycerine distillation and whitening. Utilising active carbon, pharmaceuticalgrade (99%) glycerine is obtained.

Valores lmite de algunos parmetros para el proceso de transesterificacin

PretratamientoEl aceite vegetal llega a la planta de Caparroso en camiones-cisterna. Es descargado y dirigido por tuberas hasta los tanques de almacenamiento, desde donde se lleva a la nave de refinado o pretratamiento. All se eli

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que poseen cido sulfrico, obteniendo por tanto un producto ms o menos neutro y depurado, que permite someterle a posteriores procesos de purificacin y acabado. En el desgomado o tratamiento de gomas, se eliminan fundamentalmente dos grupos de sustancias: fosftidos o fosfolpidos; gomas y muclagos. Aunque su constitucin qumica sea diferente, no se hace distincin entre la eliminacin de una u otra, realizndose generalmente la precipitacin y separacin de ambas. Se realiza un tratamiento de gomas o desgomado por tratamiento con cido fosfrico, seguido de una neutralizacin del conjunto, obtenindose as mejor rendimiento en el proceso global. En la segunda fase del pretratamiento, consistente en el blanqueo por filtracin, se eliminan los pigmentos del aceite y restos de fosftidos y jabones que pueda arrastrar, para asegurar un aceite refinado ptimo de cara a su posterior transesterificacin.

TechnologyThe vegetable oil is brought to the Caparroso plant in tank trucks. It is unloaded into pipelines from which it is sent to storage tanks. From there it is sent to the refining and pre-treatment building, where the fatty acids, phosphates and wax contained in the oil are eliminated, to obtain refined oil. The refining process has two different stages. In the first, the oil is neutralised to eliminate phosphates and to neutralise the oil. Several chemical products, a continual separation process and a centrifugal cleaning system are employed. In the second stage, the oil is whitened by filtration, to eliminate oil pigments and the remains of phosphates and soap that may have been dragged by the oil. This ensures refined oil in optimum conditions for its subsequent transesterification. After mixing, separating and shaking the oil in reactors/decanters, it is mixed with alcohol and a catalyst. It is then sent to two different stages. The first is a light stage, in which the oil is cleaned in a continual cleaner and then dried, and treated with additives. The result is methylester which can be utilised directly without any further processing. In this same stage, the excess alcohol remaining from the chemical reaction in which it is employed is recovered and subsequently reutilised. In the second stage (heavy), the glycerine is mixed with all of the water from the transesterificaiton plant and is treated for its subsequent processing until glycerine of 90% purity is obtained. For that purpose, it

ter, que podr ser utilizado directamente sin pasar por ningn otro proceso. En esta misma etapa, se recuperan los alcoholes en exceso, necesarios para la reaccin qumica y que posteriormente sern reutilizados. La mencionada seccin de secado consiste en una filtrado preliminar de donde se recircula el metilster

TransesterificacinEl aceite pretratado pasa a la nave de transesterificacin, en la que reacciona con metanol, en presencia de un catalizador, para convertirse en metilster, con aguas glicerinosas como subproducto. La reaccin de transesterificacin se lleva a cabo en un proceso continuo. Como catalizador de la reaccin se utiliza metxido sdico. Si bien se podra emplear cualquier otro catalizador bsico (NaOH, KOH, etc) este tiene como ventaja frente a los anteriores el aporte de metanol dentro de la molcula, capaz de reaccionar con el aceite para dar metilster y la disminucin de molculas de agua producidas durante le reaccin como resultado del consumo del propio catalizador. Una alta concentracin de agua en el circuito actuara inhibiendo la reaccin de transesterificacin. Tras un proceso de mezcla, separacin y agitacin en reactores/decantadores, el aceite, mezclado con un alcohol y el catalizador, origina dos fases diferenciadas. Una primera fase, ligera, en la que tras un lavado en continuo y despus de pasar por una fase de secado y aditivacin, se origina el metils-

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NAVE DE TRANSESTERIFICACINDestilacin del metanol

Lavado del metilster

Secado del metilster

Transesterificacin

Separacin de fases

Pretratamiento de la glicerina

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NAVE DE REFINADO DE ACEITE Y DESTILACIN DE GLICERINADestilacin y blanqueo

Evaporacin

Pretratamiento

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continuamente a un evaporador a travs de un intercambiador de calor. El metilster seco y libre de metanol se enva a los tanques de almacenamiento y mezcla de biodiesel. La mezcla de agua y metanol se enva a la seccin de destilacin de metanol.

GlicerinasEn la segunda fase, pesada, la glicerina es mezclada con todas las aguas provenientes de la planta de transesterificacin y tratada para su posterior procesamiento como glicerina de calidad 99.9%. Para ello pasar por tres fases bien diferenciadas: Eliminacin de materia grasa Evaporacin de agua Destilacin de glicerina En esta ltima fase, la glicerina se separa, por medio de un proceso de rectificacin, de los residuos orgnicos y restos de sales. Este proceso se realiza en continuo en una columna de destilacin con doble reflujo. Al final de dicho ciclo la glicerina farmacutica sufre un proceso de filtrado para depurar su color y eliminar restos de pigmentos.

su vez los reactivos qumicos necesarios para las diferentes etapas de proceso (sosa castica, cido fosfrico y cido clorhdrico). hasta 1.000 m3, para el almacenamiento tanto de materia prima (aceite) como de producto (biodisel) incluyendo el diseo de los mismos en su departamento de Tanques y Depositos, conforme a las especificaciones de la ingeniera. Talleres Herguln, S.L., ha suministrado los depsitos de hasta 100.000 litros de capacidad. Los techos de estos depsitos son autoportantes y abovedados y estn compuestos por un casquete esfrico apoyado en un perfil angular de coronacin laminado en caliente. Dependiendo del producto a almacenar los depsitos estn provistos del correspondiente traceado elctrico, aislamiento y sistema de inertizacin. Los tanques de almacenamiento son un total de 35, de los que 9 son de aceite, 8 de biodisel, 6 de glicerina y el resto, de los dems elementos integrantes del proceso.

Depsitos de almacenamientoLas materias primas, auxiliares y productos finales se almacenan en tanques fijos con capacidad aproximada para 6.000 m3 de aceites crudos y refinados, 4.500 m3 de biodisel, 200 m3 de metanol, 40 m3 de metxido, 300 m3 de glicerinas, 70 m3 de reactivos qumicos, 250 m3 de pastas jabonosas y residuos grasos y 40 m3 de aditivos. Masa ha suministrado y montado en planta los 17 depsitos, desde 200 m3

INSTALACIONES AUXILIARESCargaderos de cisternasExisten dos cargaderos de cisternas. En el principal se descargan los aceites, metanol, metxido y aditivos y se realiza a su vez la carga del biodisel producido. En el segundo, se carga la glicerina y subproductos de proceso (pastas jabonosas) y se descargan a

Servicios e Instalaciones AuxiliaresLa Planta dispone de los siguientes: Planta de tratamiento de agua de aporte y depuracin de aguas residuales Centro de transformacin de media tensin y distribucin elctrica de baja tensin suministrados por Ormazabal y Ca, S.A. Sistema de produccin de vapor Sistema de produccin de aire comprimido Sistema de D.C.I. Distribucin de Nitrgeno

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goes through three clearly differentiated stages: Elimination of fatty matter Evaporation of water Distillation of glycerine In the final stage, the glycerine is separated by means of a rectification process, to eliminate organic residue and rests of salt. This process is carried on continually in a double reverse-flow distillation column. At the end of the cycle, the resulting pharmaceutical-grade glycerine is filtered to purify its colour and eliminate pigment remains.

Storage TanksThe raw materials, other components and end products are stored in stationary tanks of a capacity of approximately 6000 m3 of crude and refined oil, 4500 m3 of biodiesel, 200 m3 of methanol, 40 m3 of methoxide, 300 m3 of glycerine, 70 m3 of chemical reactive agents, 250 m3 of soapy paste and fatty residue and 40 m3 of additives. A total of thirty-five storage tanks are installed, nine for oil, eight for biodiesel, six for glycerine and the rest for other materials required in the process.

El sistema de generacin de vapor incluye una caldera pirotubular, suministrada por Vulcano Sadeca, de produccin de vapor con quemador dual gas natural/biodisel. La caldera produce vapor saturado a 17 barg con un caudal de diseo de 4000 kg/h. Talleres Beisa ha sido la encargada del montaje de esta caldera. El sistema de aire comprimido, suministrado por Ingersoll Rand Ibrica, es capaz de suministrar dos tipos de aire comprimido de diferentes calidades: aire de instrumentos y aire de planta. Para ello contar con dos compresores, un depsito de aire, secadores, etc. Torres de refrigeracin Para obtener la temperatura adecuada del agua del proceso, se ha instalado un conjunto de dos torres de refrigeracin (ms una adicional en reserva) de tiro inducido y flujo en contracorriente, modelo SG-70L, de la sociedad SPX Cooling Technologies Ibrica, S.L., de las siguientes caractersticas: Calor a disipar: 1.800.000 Kcal/h. Caudal de agua a refrigerar: 300 m3/h Temperatura de agua caliente: 36C Temperatura de agua fra: 30C Cada una de las celdas est equipada de un grupo mecnico compuesto por un ventilador de 1.600 mm de dimetro y motor elctrico de 7,5 Kw Las carcasas de las torres estn fabricadas en polister reforzado con fibra de vidrio, tal y como es el estndar habitual de la sociedad, incorporando una piscina en su base para la recogida del agua una vez refrigerada.

Tratamiento de aguas residualesEl agua de proceso de la Planta es tomada del canal de derivacin de la minicentral hidroelctrica de EHN Caparroso, situada en el ro Aragn y se somete a un tratamiento fisico-qumico, filtracin de

Truck-tank loadersTwo truck-tank loaders are installed. The main unit is used to unload oil, methanol, methoxide and additives and to load the biodieel produced. The second is used to load glycerine and other by-products from the process (soapy paste) and to unload the chemical reactives required in the

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slidos y desmineralizacin posterior. Las aguas contaminadas son tratadas en la planta de tratamiento de aguas residuales, sometindolas a un tratamiento fsico-qumico y tratamiento biolgico posterior. La empresa Hidroambiente ha sido la encargada de la realizacin de esta instalacin, habiendo suministrado Plavisa los depsitos de almacenamiento. Los vertidos tratados en la Planta son: Efluentes procedentes del proceso de fabricacin de biodisel Efluentes generados por la Planta Piloto Aguas pluviales contaminadas Purgas de caldera de vapor Purgas del circuito de torres de refrigeracin Aguas fecales Purga de fangos del decantador de la Planta de Aporte de agua Agua de lavado del filtro de arena antracita de la Planta de Aporte Vertidos de regeneracin de la cadena de desmineralizacin de la Planta de Aporte El proceso de tratamiento de los efluentes tiene tres fases principales: Homogeneizacin Pretratamiento fsico-qumico Depuracin biolgica Este tratamiento no reduce el contenido en sales disueltas, debindose con-

trolar en origen. La reduccin de la materia orgnica disuelta est condicionada a que la salinidad del agua bruta no sea excesiva, por lo que, como seguridad, un conductivmetro impide la entrada al tratamiento biolgico si la salinidad es superior a 6000 S/cm La mezcla y homogeneizacin de todos los vertidos tiene como ventaja ms significativa la dilucin de los parmetros orgnicos contaminantes, adems de reducir la concentracin de sales disueltas y aportar nutrientes para el tratamiento biolgico por parte de las aguas fecales. El pretratamiento del agua comienza con la recogida y bombeo de vertidos hacia homogeneizacin y posterior laminacin y homogeneizacin de efluentes mediante bombeo de recirculacin y derivacin del caudal medio hacia pretratamiento. Finalmente se desarrolla el tratamiento fsico-qumico del agua homogeneizada mediante coagulacin, floculacin y flotacin por aire disuelto DAF. En cuanto al tratamiento biolgico son diversos los pasos a seguir. En primera instancia se procede a la medida de la conductividad como seguridad ante elevada salinidad y posterior dosificacin de nutrientes para el tratamiento biolgico (cido fosfrico y nitrato amnico). El agua pretratada se bombea hacia tratamiento biolgico bypass hacia la arqueta de vertido final si la salinidad no cumple con la exigida. El tratamiento biolgico elegido es mediante fangos activados tipo SBR ( Sequential Batch Reactor). Finalmente se procede al almacenamiento de agua tratada y vertido final, as como al espesado, trasiego y almacenamiento de los fangos generados.

Proteccin contra incendiosLas instalaciones cuentan con un muy cuidado sistema de proteccin contra incendios debido al riesgo existente. Los sistemas instalados son los siguientes: Sistema de abastecimiento de agua contra incendios (sala de bombas): bomba principal elctrica, bomba auxiliar diesel, bomba jockey. Red exterior de hidrantes monitores. Sistema de proteccin contra incendios por refrigeracin con agua mediante un sistema de diluvio con boquillas pulverizadoras en Tanques de Metanol Metoxido Aditivos. Sistema de extincin de incendios por espuma en cubetos de tanques de Metanol Metoxido Aditivos. Sistema de extincin de incendios por FM-200 en cuadros elctricos. Red de bocas de incendio equipadas en edificios de proceso. Sistemas de deteccin y alarma en planta. Sistema de deteccin de gas en Sala de Caldera. La empresas Pefipresa ha sido la encargada del suministro e instalacin de estos equipos.

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Lavadero de cisternasArcoi S,L fue la empresa encargada de la implantacin de un sistema de lavado, vaporizado y secado del interior de remolques cisterna. Estos sistemas fueron diseados para que de forma sencilla y eficaz las aplicaciones de lavado sean de lo ms verstil de cara a los operadores de lavado as como bien reconocido por las empresas que precisan de este tipo de servicios de lavado.

Ingeteam tambin suministr e instal la instrumentacin de la parte de almacenamiento y bombeo de la planta de biodisel. Con esta instrumentacin se controla los niveles y temperaturas de los tanques, el paso de fluido por las tuberas a base de vlvulas, caudalmetros, interruptores de flujo, etc. Las seales de estos instrumentos son llevadas al DCS. Parte de esta instrumentacin tiene indicacin local para facilitar las labores de los operadores.

Sistema de controlLa empresa Ingeteam suministr del sistema de control (DCS) de la planta, encargado de recibir todas las seales de los perifricos de campo y ejecutar las acciones pertinentes para el control de la instalacin. Se incluye el sistema SCADA en el cual los operadores pueden monitorizar el estado de la planta y realizar las operaciones necesarias desde el mismo. Permite visualizar grficas con las seales analgicas de la planta y se completa con un sistema de alarmas que permite al operador un mejor control de la instalacin.

LaboratorioExiste adems un edificio social que alberga las oficinas administrativas y tcnicas de la planta as como el laboratorio de anlisis y control de calidad. La planta cuenta asimismo con el laboratorio experimental ubicado desde 2003 en el recinto de la planta de biomasa de Sangesa, que se ha trasladado a Caparroso para seguir experimentando con la produccin de biodisel a partir de distintos tipos de aceites. En un segundo edificio se emplaza el taller y almacn de la Planta as como los vestuarios de la misma.

different stages of the process (alkali, phosphoric acid and hydrogen chloride).

Auxiliary Services and FacilitiesThe plant has the following auxiliary sections: Water treatment plant for process water and wastewater purification plant Medium-voltage transformer plant and low-voltage power transmission station Steam-raising system Compressed-air production system Fire detection and extinguisher system Nitrogen distribution network